2696v2 【今晚直播】与仿真软件的“斗争史"，也是我的电脑硬件升级的“血泪史”

作者|刘晓恬模拟秀专栏作家

介绍:应仿真展示平台邀请，7月10日，我将在2020仿真知识周(第五场)与并行技术高级工程师、中国计算机联合会高性能计算委员会委员郭宇先生分享“面向仿真工程师和企业的高性能解决方案”。建议报名。以下文章是我7月9日凌晨5点完成的原创文章，想和大家分享一下。

我第一次接触计算机是在20多年前的小学。当时学校教大家使用286电脑和DOS操作系统。曾经我用DIR命令给比较无知的同学展示用电脑刷屏的乐趣。有时候5.25寸的软盘里塞满了无数新建的多级目录，被老师下令一个个删除。但是，我默默的把软盘扔进了垃圾桶，或者用它当滤镜看日全食。我用format命令浪费了学校旁边一个机房的系统，只是因为新老板在统计我们在电脑上玩游戏的时间，要求变得更高了。

图片来自网络

直到2010年自学有限元方法的时候，我都是把电脑当成玩游戏的玩具或者打字写WPS的通用工具。我从来不会因为“计算”而为电脑性能烦恼。直到2010年的Solid Works模拟模块和2011年的ANSYS结构模块的应用，中等性能笔记本的CPU和内存被用到极限，以至于多次发疯，因为速度太慢或者无法计算，然后才真正意识到原来的电脑还有这个操作。而作者与仿真软件的奋斗史，就是不断升级计算机硬件，不断追求更高、更快、更强的血泪史。

第一，2009年，我自费买了一个笔记本办公室，成了设计部的奇葩

从2009年开始，国有企业自费购买双核5000元(注:文中所有核心均代表物理核心数，HT技术生产的虚拟核心不做测试。你想想，这个词就是“线”。搭载t6600处理器的笔记本成为设计部门的奇葩，用于机械设计。接触有限元后，其内存容量从2G升级到6G，再升级到8G的硬件极限，感觉还是不够。几天后，就成了一个重要的转折点。当时计算了一个模态分析，内存满负荷70小时CPU利用率为5%，硬盘满负荷运行到蓝屏死亡，重新计算80小时得到结果。

从一次痛苦的经历中，石天说应该有光和固态硬盘。2012年，我花了1050元从英特尔公司买了一个330系列120G固态硬盘，直接把计算时间缩短到5小时左右。

这个经历让我充分意识到，高性能计算需要协调最慢组件的性能瓶颈，才能充分发挥整体效率，这是木桶效应的又一个现实案例。因为笔记本硬件的极限内存只有8G，这只是ANSYS推荐的最低配置要求。经常遇到因为内存不足无法自动计算或调用虚拟内存的尴尬，导致模拟速度变慢10倍(当然也是因为容量不足无法完全节省计算量的原因)。

第二，2013年，我组装了一台带固态硬盘的台式机

2013年，在搜索众多硬件评测文章的基础上，组装了一款搭载4核志强1230V2处理器、16G内存、120G固态硬盘的台式机。一年后，内存价格稍微正常后，升级到32G，组成了整个电脑配置。

总的来说，记忆容量是一票否决的核心问题，直接决定了能否计算。尽可能增加内存是最划算的选择。毕竟一个不好的计算结果总是比0输出好，因为无法计算。

这里有一个关于超线程技术的补充问题。模拟软件只能开启一个任务，可以把电脑的整体性能颠倒过来。这与超线程技术严重不符，超线程技术加速了同时运行多个程序的应用场景。几乎所有的电脑都默认开启这项技术，所以关闭它是一个更高效的选择。据笔者测试，关机后整体计算时间可缩短0%-5%。别看这点小差别，这是一劳永逸的操作，相当于电脑硬件性能一旦设置就永久免费升级。为什么不可以？它的关闭设置在不同的计算机上操作类似，但也有一些不同。建议在网上搜索具体方法。

对于模拟分析，显卡就不那么重要了。

因为大部分的模拟模型已经被极度简化了，模型的复杂度和光照效果在大多数情况下可以忽略。当时XEON 1235为了省钱，如果是内置CPU显卡的机型，需要加100元。作者的选择是70元买一个256M内存的2008年Geforce 9600GT显卡，30元买最破的散热器。

除非你要处理几千万的网格，大多数情况下，一个差的显卡就够了。作者的二手显卡，在不超过500万格的结构计算下，在任何情况下基本没有卡涩。

第三，2016年，我第一次买了beta CPU

到2016年，V2版的CPU性能将是旧的。2009年，笔记本变老变强，创造了ANSYS软件16.0版的新纪录，从点安装到正常程序打开，耗时500秒。再次感受到SSD的速度优势。

志强2696工作站的水泵和散热器

再一次在网上搜了各种测试文章，终于定位到了志强E5-2696V2 CPU的双向24核48线程工作站。

因为V2配的是带ECC的DD3 REG内存，价格是使用DDR4普通内存的V3 CPU的30%左右，性价比很高。结果在同样的预算下，整体性能损失了10%，却可以买到双倍容量的64G内存，然后升级到76G。

这是我第一次买beta版的CPU，比官方版量产价格低30%，性能一样，味道也很好吃。

beta CPU的来源是90年代英特尔公司奔腾CPU浮点运算错误事故后的新策略，造成了数百万美元的损失。官方模型上市前，分发了一定数量不成熟的beta版CPU，验证了各种应用和场景的使用，从而发现问题，修改设计。其非官方渠道的价格是上市后同型号官方制作版的1.5 ~ 40%。这个价格太惊人了，可能会颠覆很多人对CPU价格体系的认知。强烈推荐。

缺点是潜在的不稳定性和不兼容性。解决办法是在保修期内全面测试，再退一次。

显卡一如既往的还是二手的Quadro K420，最低配置98元，处理几百万的网格没有压力。偶尔1000万网格的流体计算会稍微卡一点。从此不再因为内存不足而无法进行详细的计算。虽然最新款电脑内存160 g，但可以更随意，更局部。

自从工作站换了以后，性能有了显著的提升，有机会去实践一些以前没有做过或者是浪费时间的计算项目。当然，模拟软件的版本也从最初的几乎一年一次的12.1更新升级到了最新版本。

90年代Ansys版

虽然没有非常精确的比较，不同版本之间的计算速度也有差异，但是随着技术的创新，即使是同一个项目，使用更新的软件也可以更快更容易地完成。相当于变相升级电脑硬件性能。因此，如果可能的话，建议使用最新版本或者3-5年内的新版本。毕竟人的时间是最重要的成本。高效的硬件和软件，为用户提高效率，节省时间，是在买自己的命。让用户在有限的生命中，从进步和成长中获得比别人更多的收获。

4.2019年，我继续升级和改造我的工作站

2019年，随着对硬件性能和计算效率的需求越来越大，一台搭载志强8124处理器测试版和160G内存(买了192G内存但坏了一个插槽)、三块固态硬盘和二手高端专业显卡的工作站将再次自费上市。

在最后的24核工作站中，为了展现作者的DIY精神，购买了一台养鱼用的静音水泵，与本田思域汽车发动机散热器的软管水冷系统相匹配，成为仿真领域的一片流浪景观。为了保证简单方便，电脑更新回风冷方案，但散热器和导热硅脂几乎是业界最贵最强的机型，因为CPU功率也是世界同级别前240W。

三个固态硬盘在模拟时可读写500~800M/s，保证了极高的读写性能和不同计算需求的匹配。beta CPU花4000元买了3.3Ghz的18核，相当于官方版志强8124 3.5万元的性能。关于beta CPU 1.5%性价比的神话？

二手Quadro K6000显卡是几年前最高款。它打破了作者通常只用最破的显卡的诅咒。因为我准备试试ANSYS AIM和Live的新技术，顺便试试GPU加速的感觉。

虽然因为忙于AIM没用过几次，但是经过GPU加速测试发现了一个令人沮丧的结果。

比较不同计算量、计算模块、GPU是否开启、不同内核数量下求解时间的变化规律，发现GPU是否加速对结构计算根本没有好处。我建议你不要考虑这个计划。

原因如下:需要高端GPU甚至特定型号，大部分人使用的显卡，Geforce品牌，无论价格如何都无法使用(ANSYS Live除外)，而这些新GPU的价格一般都在1万块以上甚至10万个档次，但对应模拟速度，没有明显的加速效果。一般增加10%左右，甚至有时会减慢10%-30%，极端情况下减慢300%。大价钱购买的硬件变成GPU减速卡，并不是很讽刺。

最近几天为了再提高10%的效率，8124处理器换成了26核3.2Ghz功率205w的新一代志强8272，花4万买官方版8272的性能也花了4000。beta XEON的性价比似乎杀了其他任何公司，其他型号，其他品牌的产品(AMD NO？)。这时候喊ES XEON YES更合适。

5.模拟工程师的高性能计算解决方案

当然，带志强3647接口的主板价格一般在2000元以上，对于预算紧张的用户来说不够好。低端配置推荐用beta I9-9900，8核4.3Ghz性能，功率100瓦以上，价格低至1500元，主板400元加散热器100元(这种社会动物不会给我100元？)，总价2000，能满足大部分需求。

除非计算规模大到CPU支持的最大内存不够。而且由于内核少，模拟计算效率非常高，具有无与伦比的性价比。另一方面，10代I9性能提升有限，主板整体价格贵很多，不值得推荐。

大家分享一点购买CPU的经验。

首先定调子。西方超级计算机龙头企业克莱公司的创始人塞莫尔·克雷(seymor cray)曾说过一句名言:你要耕田，选两头壮牛还是1024只鸡？

按照电脑整体预算，购买CPU约占40%。在此基础上，在网上大致搜索所有价位相近的可选CPU型号，然后按照功耗由大到小排序。

作者坚信一个概念，就是在当今没有黑技术和跨界剧的CPU技术中，功率就是战斗力，功耗就是性能。耗电CPU一定是好CPU，省电CPU一定是性能差。

重点选择价格相近、架构相似的Top3功耗相近的CPU型号。但是仿真软件一般用多核加速，存在性能损失的问题。一般来说，结构计算在8核以内，计算时间与核数基本呈线性关系；8-16核的加速效率约为0.7，即2倍核的整体速度约为2X0.7=1.4倍；而16-32核逐渐加速效率下降，直到没有加速。这意味着其他条件保持不变，增加内核数量几乎不会提高整体速度。

建议结构模拟，越少越好(AMD胶水CPU 64核在厕所哭)。

当多个CPU互连时，存在通信引起的信号延迟。在CPU和主板的整体性能和价格不变的基础上，两个弱鸡CPU的实际性能是一个顶级CPU方案的90%左右。也就是说，对于结构仿真来说，以更高的价格购买双CPU主板和两个CPU及其散热器的性价比明显不如单CPU。

考虑到结构模拟的多核加速极限，基本30核，一个高端CPU就够了。除了不经常同时计算2-3个任务外，单CPU方案是一种更具性价比的选择。

综上所述进行结构模拟，总结如下:

对于内存，容量越大越好；对于CPU，拿出总预算的40%左右买CPU；

不买两只弱鸡就能买到一个极其强大的CPU

功率最高者性能强；核心最少者赢天下；对于固态硬盘，不是买不买而是买多大买多快的事情。对于显卡，最破的足够了，除非模型非常复杂，网格数量上千万及以上。

不及物动词2020模拟知识周——我的公开课

本文从作者使用计算机和模拟软件的经验出发，分享了一些小故事和思考，希望能帮助大家，提高效率，加速成长，在自己有限的生命中击败更多的潜在竞争对手，筑起一条能力的护城河，不被侵犯，不被跨越。

总之，中国有句古话，不进则退。当别人在进步时，变得更聪明、更努力、更高效是一种被迫的选择。毕竟人性是懒惰的。如果你一无所有，谁想有才华？愿意和别人分享这篇文章。

2020年模拟知识周-5项福利收集

作者:刘晓恬《主机厂技术专家模拟秀》专栏作家

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